DE4321912A1

DE4321912A1 - Method and apparatus for gear-changing in transmissions with tensile transmission elements

Info

Publication number: DE4321912A1
Application number: DE19934321912
Authority: DE
Inventors: Gerd-Georg Dr Kwauka
Original assignee: RICHTER MONIKA DR 09130 CHEMNITZ DE
Current assignee: RICHTER, MONIKA, DR., 09380 THALHEIM, DE
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1993-07-01
Publication date: 1995-01-12

Abstract

The technical object is to find methods and devices which make it possible to change gear in transmissions with tensile transmission elements from one transmission stage to the other under full load without twisting the tensile transmission element. There should also be no reduction in the high efficiency of positive transmissions. The associated structure must be of simple and space-saving construction. A reversal in the direction of rotation must also be possible. The solution consists in that the wheels for the tensile transmission elements are divided into segments and the segments are moved into the range of action of the tensile transmission element at precisely the moment at which they are not subjected to a load by the tensile transmission element. A space saving can be achieved by virtue of the fact that the wheel segments for the tensile transmission elements are mounted centrally on levers and are nested one inside the other. Applications are in the areas of bicycle and motorcycle drives and of motor vehicles of all kinds and in technical drives, i.e. wherever a highly efficient close-ratio mechanical gear change that can be switched under full load is important.

Description

Ein großes bisher ungelöstes Problem der Antriebstechnik besteht in der Schaltbarkeit von formschlüssig arbeitenden Zugmittelgetrieben und im schlechten Wirkungsgrad und der geringen Exaktheit von kraftschlüssigen Getrieben. Zugmittelgetriebe sind weit verbreitet, z. B. bei Fahrrädern, Krafträdern, aber auch bei fast allen Kraftfahrzeugen und bei techni schen Antriebssystemen. Zur Veränderung der Drehzahl zwischen angetriebenen und trei bendem Rad werden zum einen kraftschlüssig arbeitende Antriebe verwendet, bei denen eine stufenlose Drehzahlveränderung leicht erreichbar ist. Zum anderen werden form schlüssig arbeitende Getriebe eingesetzt, bei denen die Drehzahlveränderung aber nur in Sprüngen erfolgen kann und zudem noch mit Unterbrechung oder Reduzierung des Kraft flusses gerechnet werden muß. Eine Kombination beider Systeme ist vielfach versucht worden, so u. a. mit sogenannten Schubgliederketten, die aber neben einem schlechteren Wirkungsgrad als bei formschlüssig arbeitenden Antriebssystemen einen hohen Aufwand, hohen Verschleiß und begrenzte Lebensdauer aufzuweisen haben.A major problem of drive technology that has not yet been solved is the switchability of form-fitting traction mechanism drives and in poor efficiency and low accuracy of frictional gears. Traction mechanism transmissions are widespread, e.g. B. in bicycles, motorcycles, but also in almost all motor vehicles and in techni drive systems. To change the speed between driven and three The wheel is used on the one hand non-positively operating drives in which an infinitely variable speed change is easily accessible. On the other hand, form conclusively working gearboxes used, in which the speed change only in Jumps can take place and also with an interruption or reduction in strength flow must be expected. A combination of both systems has been tried many times been so u. a. with so-called push link chains, but which are in addition to a worse one Efficiency than high effort for form-fitting drive systems, high wear and limited lifespan.

Eine gängige Lösung des Problems besteht in dem gewaltsamen Umsetzen des Zugmittels auf eine andere Übersetzungsstufe, bei Fahrrädern durch die hinreichend bekannten Ket tenschaltungen. Dabei muß jedoch der Kraftfluß reduziert werden und die Umsetzung läßt sich formschlüssig nicht exakt dem neuen Kettenrad zuordnen, bzw. nur mit großem Auf wand. Hinzu kommen Verwindungen, damit reduzierter Wirkungsgrad und begrenzte Le bensdauer sowie erhöhter Verschleiß. Auch Zähnezahlveränderungen an eingesetzten Zahnrädern wurden versucht, was aber bisher ebenfalls nicht zu brauchbaren Ergebnissen geführt hat.A common solution to the problem is to force the traction device to a different translation level, for bicycles through the well-known Ket circuits. However, the flow of power must be reduced and the implementation can cannot be positively assigned to the new sprocket, or only with a large open wall. In addition, there are twists, thus reduced efficiency and limited Le service life and increased wear. Also changes in the number of teeth on inserted Gears have been tried, but so far also not useful results has led.

Die Aufgabe bestand also darin, Verfahren und Vorrichtungen zu finden, die es erlauben, formschlüssig arbeitende Zugmittelgetriebe feinstufig unter Last zu schalten, ohne Wir kungsgradverlust, ohne erhöhten Verschleiß durch Verwindungen oder andere Beeinträch tigungen. Die Getriebe als Ausführungsform sollten sowohl für Fahrräder als auch für Krafträder, Kraftfahrzeuge oder auch für technische Antriebssysteme geeignet sein.The task was therefore to find methods and devices that would allow positive-locking traction mechanism gear shifting under load without us Loss of efficiency, without increased wear due to twisting or other adverse effects activities. The gearbox as an embodiment should be for bicycles as well Motorcycles, motor vehicles or also be suitable for technical drive systems.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichte Lösungen sind in Fig. 1 bis 4 dargestellt. In Fig. 1 sind die Bereiche A und B gekennzeichnet, die in der gezeichneten Stellung vom Kraftfluß des Zugmittels Z nicht betroffen sind und für einen Schaltvorgang frei zur Ver fügung stehen, während die Bereiche A′, A′′, B′ und B′′ wegen der notwendigen Schaltbe wegungen als Toleranzbereiche für einen Schaltvorgang auszuschließen sind. Das Verfah ren besteht darin, daß Zahnradsegmente (1 bis 9, Fig. 2), die sich gerade in Sektor A bzw. B (Fig. 2) befinden, in den Wirkungsbeereich des Zugmittels gebracht oder aus diesem her ausgebracht werden, und zwar mittels einer Schalteinrichtung (10, Fig. 3). Während des Zahnradumlaufs werden so alle Systeme der Schaltstufe 1 nacheinander an dem Zugmit telwirkungsbereich herausgebracht, währen diejenigen einer anderen Schaltstufe, z. B. 2, gleichzeitig nacheinander in den Zugmittelwirkungsbereich hineingebracht werden. Die Aufteilung der Bereiche A und B kann so erfolgen, daß diese so dimensioniert werden, wie es ein möglichst guter formschlüssiger Übergang von einer Schaltstufe zur anderen erfor dert.Solutions achieved by the method according to the invention are shown in FIGS. 1 to 4. In Fig. 1, the areas A and B are marked, which are not affected in the position shown by the power flow of the traction means Z and are freely available for a switching operation, while the areas A ', A'',B' and B ''Because of the necessary Schaltbe movements are excluded as tolerance ranges for a switching operation. The procedural ren is that gear segments (1 to 9, Fig. 2), which are currently in sector A or B ( Fig. 2), brought into the effective range of the traction device or brought out of it, by means of a switching device ( 10 , Fig. 3). During the gearwheel rotation, all systems of the switching stage 1 are brought out one after the other at the Zugmit telktivungsbereich, while those of another switching stage, z. B. 2 , are simultaneously brought into the traction area. The areas A and B can be divided so that they are dimensioned in such a way that the best possible positive transition from one switching stage to another is required.

Die Segmente 1-9, Fig. 2, sind entweder bistabil über Federelemente gelagert oder form schlüssig in Nuten, die mit der Schalteinrichtung 10 in Verbindung stehen, geführt oder die Fixierung besteht aus einer Kombination von beidem. Zur Raumersparnis sind die Seg mente 1-9, Fig. 2, ineinander verschachtelt. Ihre Lagerung erfolgt entweder, wie in Fig. 2 dargestellt, auf einer gemeinsamen torusförmigen Achse 11 oder aus Einzellagerungen. Insbesondere im Zugmittelwirkungsbereich sind stabile Anschläge für die Kettenradseg mente 1-9 vorgesehen, die nicht eingezeichnet sind. Die Beweglichkeit der Kettenrad segmente 1-9 kann entweder so gestaltet sein, daß ein äußeres (z. B. 9) alle niedrigeren (z. B. 1, 3, 5, 7) mitnimmt, wenn es in den Wirkungsbereich des Zugmittels geführt wird, oder es kann aber auch allein in den Zugmittelbereich geführt werden. Wie in Fig. 2 dar gestellt, kann für gerad- und ungeradzahlige Zahnradsegmente je eine Schwenkachse vor gesehen werden (wie in Fig. 2) oder es können auch alle Segmente nur auf einer einzigen Achse untergebracht werden. Insbesondere bei einer Vielzahl von feinstufigen Zahnradstu fen empfiehlt sind eine doppelte Lagerung, weil sonst ein erhöhter seitlicher Platzbedarf notwendig wäre.The segments 1-9, Fig. 2, are either bistable via spring elements or positively guided in grooves that are connected to the switching device 10 , or the fixation consists of a combination of both. To save space, the segments 1-9, Fig. 2, are nested. They are stored either, as shown in Fig. 2, on a common toroidal axis 11 or from individual bearings. In particular, in the traction area, stable stops for the sprocket segments 1-9 are provided, which are not shown. The mobility of the sprocket segments 1-9 can either be designed so that an outer (z. B. 9) takes all the lower (z. B. 1, 3, 5, 7) when it is guided into the range of action of the traction device , or it can also be done alone in the traction area. As shown in Fig. 2, can be seen for even and odd-numbered gear segments each a pivot axis before (as in Fig. 2) or it can be accommodated all segments on a single axis. In particular with a large number of fine-stage gear stages, double storage is recommended, because otherwise an increased lateral space requirement would be necessary.

Es können als Zugmittel sowohl Ketten aller herkömmlicher Arten als auch Zahnriemen, im Prinzip aber auch Keilriemen, Rundriemen oder dergleichen Verwendung finden. Wenn im Bereich A und B, Fig. 1, gleichzeitig geschaltet wird (z. B. A rauf, B runter) kann ein Kettenspanner 12, Fig. 1, mit geringem Ausgleichsweg zum Einsatz kommen oder es kann sogar auf einen Kettenspanner verzichtet werden, wenn passende Profilverschiebun gen der Kettenradverzahnungen vorgesehen werden. Damit wäre auch die Möglichkeit ge geben, bei Fahrradantrieben eine Rücktrittsbremsnabe zu verwenden. Es ist aber auch denkbar, nur eines der Antriebsräder mit Schaltmöglichkeit zu versehen und die Radlage rung mittels eines Hebels synchron mit der Schaltstufe variabel zu gestalten und dabei ebenfalls auf einen Kettenspanner zu verzichten und somit einen Rücktritt zu ermöglichen. Anstelle von Einzelsegmenten 1-9, Fig. 2, können auch Segmentblöcke zum Einsatz kommen, wobei beispielsweise die Schaltstufen 1, 3, 5, 7, 9 hebelförmig auf einem Block, die Schaltstufen 2, 4, 6, 8 auf einem anderen kegelförmig angeordnet sein können oder auch alle von 1 bis 9 auf einem einzigen (Fig. 4). Dabei ist zu beachten, daß alle Blöcke die Bereiche A bzw. B, Fig. 1, in ihrem Ausmaß nicht überschreiten dürfen und demzufolge mehrfach auf dem Umfang vorhanden sein müssen.Both chains of all conventional types and toothed belts, but in principle also V-belts, round belts or the like can be used as traction means. If shifting takes place simultaneously in areas A and B, FIG. 1 (e.g. A up, B down), a chain tensioner 12 , FIG. 1 with a small compensation path can be used, or a chain tensioner can even be dispensed with. if suitable profile displacements of the sprocket teeth are provided. This would also give the possibility of using a coaster brake hub for bicycle drives. But it is also conceivable to provide only one of the drive wheels with the possibility of switching and to make the wheel position variable by means of a lever synchronously with the switching stage and also to dispense with a chain tensioner and thus to allow resignation. Instead of individual segments 1-9, Fig. 2, segment blocks can also be used, for example, the switching stages 1, 3, 5, 7, 9 lever-shaped on one block, the switching stages 2, 4, 6, 8 on another conical can be or all of 1 to 9 on a single ( Fig. 4). It should be noted that all blocks must not exceed the areas A or B, FIG. 1, and therefore must be present several times over the circumference.

Eine denkbare Ausführungsform für den zugehörigen Schaltmechanismus ist in Fig. 3 dar gestellt. Beim Heraufschalten beispielsweise von Schaltstufe 4 auf 5 werden die vorher nach innen geschwenkt gewesenen Segmente 2 und 4 mittels Nocken 13 wieder in Ruhe stellung zurückgeschwenkt. Hebel 6 war bereits in Ruhestellung. Gleichzeitig wird von der rechten nicht gezeichneten Seite der Schalthebel 5 in den Wirkungsbereich des Zugmittels geschwenkt, und zwar analog zu der Schalteinrichtung 10, wie sie in Fig. 3 für die gerad zahligen Kettenradsegmente gezeichnet ist. Der Hub H der rechten Schalteinrichtung muß gegenläufig zu dem der Schalteinrichtung 10 erfolgen. Soll beispielsweise von Schaltstufe 5 auf 4 zurückgeschaltet werden, dann werden zuerst alle ungeradzahligen Schalthebel 1 bis 9 "gelöscht". Gleichzeitig oder mit geringer Zeitverzögerung betätigt der Nocken 15 die Hebel 2 und 4, so daß der Schalthebel 4 in den Wirkungsbereich des Zugmittels gelangt. Durch eine Rotationsbewegung R (Fig. 3) können nacheinander die Schaltnocken 14, 15, 16 in Funktionsbereitschaft gebracht werden, während der Löschnocken 13 sich ständig in Funktionsbereitschaft befindet. Die Schalteinrichtung 10 befindet sich sinnvollerweise stationär im Schaltbereich A bzw. B. Anstelle einer Hubbewegung können die Nocken 13, 14, 15, 16 so ausgelegt sein, daß beim Auflaufen der Hebel 2, 4, 6 die gewünschte Bewe gung initiiert wird, d. h. daß zum individuellen Schalten lediglich die Rotationsbewegung R durchgeführt werden muß.A conceivable embodiment for the associated switching mechanism is shown in Fig. 3. When shifting up, for example from switching stage 4 to 5 , the segments 2 and 4 which were previously pivoted inwards are pivoted back into the rest position by means of cams 13 . Lever 6 was already at rest. At the same time, the shift lever 5 is pivoted into the effective range of the traction means from the right-hand side, not shown, in a manner analogous to the switching device 10 , as shown in FIG . The stroke H of the right switching device must be opposite to that of the switching device 10 . For example, if you want to switch back from switching stage 5 to 4 , then all odd-numbered shift levers 1 to 9 are "deleted" first. Simultaneously or with a slight time delay, the cam 15 actuates the levers 2 and 4 , so that the shift lever 4 comes into the range of action of the traction means. By means of a rotational movement R ( FIG. 3), the switching cams 14, 15, 16 can be brought into operational readiness in succession, while the extinguishing cam 13 is constantly in operational readiness. The switching device 10 is appropriately stationary in the switching range A or B. Instead of a lifting movement, the cams 13, 14, 15, 16 can be designed so that the desired movement is initiated when the levers 2, 4, 6 come up, ie that for individual switching only the rotary movement R has to be carried out.

Der in Fig. 4 dargestellte Segmentblock kann entweder, wie gezeichnet, translatorisch, aber auch rotativ bewegt werden, z. B. um die Beweglichkeit zu erhöhen und seitlichen Platz zu sparen.The segment block shown in Fig. 4 can be moved, as shown, translationally, but also rotatively, z. B. to increase mobility and save lateral space.

Claims

1. Verfahren zum Schalten von Zugmittelgetrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittelräder segmentweise geteilt sind und diese Segmente nacheinander aus dem vom Zugmittel unbelasteten Bereich in den Wirkungsbereich des Zugmittels gebracht werden können, während die dort vorher befindlichen gleichzeitig zeitlich versetzt aus dem Wirkungsbereich herausbefördert werden.1. A method for switching traction mechanism transmissions, characterized in that the traction mechanism wheels are divided in segments and these segments can be brought one after the other from the area unloaded by the traction mechanism into the range of action of the traction mechanism, while the previously located there are simultaneously transported out of the range of effect.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittelradsegmente einzeln und unabhängig voneinander geschaltet und bewegt werden können.2. The method according to claim 1, characterized in that the traction wheel segments can be switched and moved individually and independently of one another.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittelradsegmente blockweise zueinander in Funktion gebracht werden können.3. The method according to claim 1, characterized in that the traction wheel segments can be brought into function with each other in blocks.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittel formschlüssig arbeiten und somit die Zugmittelräder Verzahnungen aufweisen.4. The method according to one or more of claims 1-3, characterized in that the traction means work positively and thus the traction wheels Have teeth.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittel seitliche Stifte besitzen, die in Aussparungen von konisch ausgebildeten Zugmittelradsegmenten eingreifen können, die mit passenden Aussparungen zur Übersetzungsänderung versehen sind.5. The method according to one or more of claims 1-3, characterized in that the traction means have lateral pins that are tapered in recesses trained traction wheel segments can intervene with matching Recesses for changing the translation are provided.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen der Zugmittelradsegmente so gestaltet sind, daß sie einen formschlüssigen Übergang des Zugmittels von einer Schaltstufe zur nächsten gestatten.6. The method according to one or more of claims 1-5, characterized in that the teeth of the Zugmittelradsegmenten are designed so that they one positive transition of the traction mechanism from one switching stage to the next allow.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Zugmittelräder so zueinander ausgelegt sind, daß beim Heraufschalten des einen und dem gleichzeitigen Herunterschalten des anderen durch Profilverschiebung der Zugmittelradverzahnung die Zugmittellänge nahezu unverändert bleibt, ein Zugmittelspanner somit überflüssig wird.7. The method according to one or more of claims 1-6, characterized in that two traction wheels are designed so that each other Upshifting one and simultaneously downshifting the other by shifting the profile of the traction wheel toothing, the traction length is almost remains unchanged, a traction device tensioner is therefore superfluous.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufen formschlüssig und zwangsweise unverändert gehalten werden und nur in einem genau definierten Schaltbereich verändert werden können.8. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the switching stages are positively and forcibly kept unchanged and can only be changed in a precisely defined switching range.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zugmittelradsegmente zentral gelagert sind.9. Device for performing the method according to one or more of the Claims 1 to 8, characterized in that all traction wheel segments are central are stored.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden und ungeraden Schaltstufen jeweils für sich zentral gelagert sind.10. Device for performing the method according to one or more of the Claims 1 to 8, characterized in that the even and odd Switching stages are each centrally stored.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittelradsegmente auf je einem Torus um eine zentrale Welle gelagert sind. 11. Device for performing the method according to one or more of the Claims 1 to 8, characterized in that the traction wheel segments on each a torus around a central shaft.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittelradsegmente auf speziellen Trägern beweglich zueinander angeordnet sind.12. Device for performing the method according to one or more of the Claims 1 to 8, characterized in that the traction wheel segments on special carriers are arranged movably to each other.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Verfahrensansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zugmittelradsegmente 1 bis 9, Fig. 2, platzsparend ineinander verschachtelt sind.13. The device according to one or more of the method claims 1 to 8, characterized in that all traction wheel segments 1 to 9, Fig. 2, are nested in one another to save space.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Verfahrensansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Zugmittelradsegmente aus bistabilen Federelementen besteht.14. The device according to one or more of the method claims 1 to 8, characterized characterized in that the storage of the traction wheel segments from bistable Spring elements exist.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinrichtung (10) mit Nocken (13, 14, 15, 16) versehen ist, die durch Rotation der Schalteinrichtung (10) in Funktionsbereitschaft gebracht werden können.15. An apparatus for performing the method according to claim 1 to 8, characterized in that a switching device ( 10 ) with cams ( 13, 14, 15, 16 ) is provided, which can be brought into operation by rotation of the switching device ( 10 ).

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schalteinrichtungen (10) jeweils für die geradzahligen und die ungeradzahligen Schaltstufen mit gegenläufiger Hubbewegung H vorhanden sind.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that two switching devices ( 10 ) are provided for the even and the odd-numbered switching stages with opposite stroke movement H.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schalterleichterung während der Schaltstufenveränderung die Zugmittelradsegmente durch fixierende Federn entlastet werden.17. The apparatus for performing the method according to claim 1 to 8, characterized characterized in that to facilitate the switch during the switching stage change the traction wheel segments are relieved by fixing springs.